基于绿色化学策略的核苷类化合物的设计合成

【摘要】化学工业促进了国民经济的发展，同时也带来了严重的环境污染。其中，反应溶剂不绿色，反应过程不绿色，反应策略不绿色是造成污染的重要因素。因而最大程度地使用绿色的溶剂，不用、少用传统有机溶剂或者使用无毒、无害的溶剂，开发绿色的反应过程，应用绿色的反应策略，是化学工业可持续发展的必由之路。其中，原子经济性反应和以水为溶剂的绿色合成因其独特的绿色性能受到了越来越多的关注。核苷类药物是应用非常广泛的抗肿瘤、抗艾滋病的一线药物，市场份额和国内外需求量巨大。但是，现有的生产与合成方法往往存在着使用有机溶剂、重金属催化剂和原子不经济等问题，严重制约了核苷工业的发展。核苷类药物的绿色化研究不仅能够解决核苷生产引起的污染问题，而且能够突破技术瓶颈，促进核苷工业的可持续发展，是国际前沿的研究课题。本文以绿色化学策略为指导，将绿色化学与核苷制备结合起来，开发绿色的反应路线，最终实现核苷类物质的环境友好生产。主要内容如下：1.首次以水为反应介质合成了重要的抗白血病和抗乙型肝炎药物阿糖腺苷，并进行绿色性评价。以水为反应介质、空气作为氧化剂，代替传统方法当中使用的二氧六环等有机溶剂，避免使用过量的氧化汞或氧化银等重金属催化剂，绿色地得到目标产物。不仅小试时能很好地反应，在将反应规模扩大到公斤级时仍然非常高效，显示出较好的应用前景。巧妙设计实验，对其绿色化反应的机理和本质进行了深入研究，为进一步拓展该反应的应用范围奠定了理论基础。并通过原子经济性、反应质量效率、质量强度、环境因子、环境商、溶剂以及操作和消耗等七个方面对合成路线进行绿色评价。该方法具有广泛的普适性，也可以用于类似药物的制备。这是目前为止最为绿色的阿糖腺苷的合成工艺，具有原创性和自主知识产权，具有广阔的应用前景。2.首次以水为反应介质实现了嘌呤类化合物6位的烷基化反应，并进行绿色性评价。该方法以水为反应介质，以5%的FeSO4为催化剂，使用廉价易得且性质稳定的羧酸为烷基化试剂，在室温条件下搅拌，即可实现嘌呤核苷6位的烷基化反应。羧酸的使用避免了传统方法当中使用的有机硼、有机镁、有机锌等金属试剂，水的使用避免了大量的四氢呋喃所带来的潜在污染，FeSO4的使用避免了钯、镍等剧毒重金属的污染。并设计实验对其绿色化反应的机理和本质进行了深入研究，得到了基础研究的理论成果。并通过原子经济性、反应质量效率、质量强度、环境因子、环境商、溶剂以及操作和消耗等七个方面对合成路线进行了绿色性评价。该方法普适性好、原子经济性高、反应条件温和、产率高、操作及后处理简便，为生产和应用奠定了基础。3.首次应用国际前沿的绿色化学理念C-H键活化的概念，提高嘌呤核苷8位烷基化反应的原子经济性，并进行绿色性评价。该方法避免了传统方法中对底物进行卤代和转变为金属试剂的繁琐步骤，避免使用重金属催化剂，以廉价易得且便于后处理的氧化剂促进底物双C-H键的直接偶联，副产物仅为一分子氢。合成过程原子经济性好，反应产率高，不使用额外的有机溶剂。方法具有广泛的普适性。通过原子经济性、反应质量效率、质量强度、环境因子、环境商、溶剂以及操作和消耗等七个方面对合成路线进行了绿色评价。文章还对其反应机理进行了深入研究。通过对得到产物的活性筛选，我们得到一个具有良好抗HL-60细胞活性的化合物。4.首次实现了嘌呤二烷基化反应的原子经济性提高和选择性提高。该方法通过对反应时间和底物配比的控制，高选择性地得到单一的6烷基化和6,8-二烷基化的嘌呤核苷。反应直接使用商品化的嘌呤底物和廉价的烷烃为原料，通过双C-H活化实现直接的偶联。通过对绿色性的评价，反应原子经济性得到很大提高，反应具有高选择性且高效便捷，操作简便，收率高。通过对得到产物的活性筛选，我们得到一个具有良好抗HL-60细胞活性的化合物。论文的研究成果均为独创性的，具有自主知识产权。研究扩大了绿色化学在核苷类化合物中的应用范围，为绿色化学在核苷生产中的应用提供了理论依据，也为绿色化学策略在药物合成中的广泛应用提供了有益启示。
【作者】夏然；
【导师】渠桂荣；
【作者基本信息】河南师范大学，环境科学，2014，博士
【关键词】绿色介质；水；核苷；原子经济；阿糖腺苷；绿色性评价；

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